DOI: 10.1007/s12274-023-5409-4

双功能氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）电催化剂具有优异的活性和稳定性，是可充电锌空气电池（ZABs）空气阴极的重要组成部分。在此，研究者通过巧妙的定向铸造，成功制备了具有蜂窝状结构、N和S双重掺杂并负载有FeCo合金纳米颗粒（NSCA/FeCo）的碳气凝胶，作为可充电液流和二维柔性ZABs的阴极。双金属合金与具有特殊结构、大表面和高导电性的双掺杂碳之间的相互作用赋予了NSCA/FeCo有效的ORR/OER活性位点和较小的电荷/质量传输势垒，从而实现了优异的双功能催化性能。NSCA/FeCo的ORR半波电位为+0.85V（相对于可逆氢电极（RHE）），当电流密度为10mA·cm-2时，其OER过电位为335mV，这甚至可以与相关领域的贵金属催化剂的性能相媲美（Pt/C用于ORR，RuO2用于OER）。因此，用NSCA/FeCo组装的可充电液流ZABs表现出优异的性能（最大功率密度：132.0mW·cm-2，比容量：在10mA·cm-1时为804.5Wh·kg-1，充放电循环稳定性超过250次）。此外，柔性NSCA/FeCo基ZABs具有43.0mW·cm-2的最大功率密度，超过450次循环的出色充放电稳定性，并且在不同弯曲条件下表现出良好的柔性。总之，这项工作成功构建了一种高效的OER/ORR双功能电催化剂，并为可充电和可穿戴ZABs空气阴极提供了一种很有前途的策略。

图1.NSCA/FeCo的表征。（a）合成过程示意图，（b）和（c）不同分辨率（200和20nm）的TEM图像，（d）HRTEM图像，（e）TEM和相应的SAED（插图），以及（f）高角度环形暗场STEM（HAADF-STEM）图像和相应的元素分布图。

图2.（a）NSCA/FeCo和CA的XRD图谱。（b）NSCA/FeCo、CA/FeCo和CA的拉曼光谱，（c）N2吸附-解吸等温线，以及（d）相应的孔径分布。

图3.NSCA/FeCo的XPS光谱：（a）全光谱，（b）Fe2p，（c）Co2p，（d）C1s，（e）N1s，和（f）S2p。

图4.（a）Pt/C、CA、CA/FeCo和NSCA/FeCo的CV曲线（在Ar和O2饱和的0.1M KOH溶液中），（b）1600rpm下的ORR极化曲线，以及（c）相应的Tafel曲线。（d）Pt/C和NSCA/FeCo的RRDE测试。（e）NSCA/FeCo和（f）Pt/C在8000次CV循环前后的LSV极化曲线。

图5.（a）RuO2、CA、CA/FeCo和NSCA/FeCo在10mV·s-1的扫描速率下的OER LSV曲线（经IR校正），以及（b）相应的Tafel曲线。（c）CA、CA/FeCo和NSCA/FeCo的阻抗图。（d）NSCA/FeCo和（e）RuO2在8000次CV扫描循环前后的LSV曲线。（f）Pt/C+RuO2、CA、CA/FeCo和NSCA/FeCo在全ORR+OER电位范围内的LSV曲线。

图6.（a）液流可充电ZABs结构示意图。（b）Pt/C+RuO2和NSCA/FeCo的开路电压，（c）充电-放电极化曲线，（d）极化曲线和相应的功率密度曲线，（e）比容量曲线，（f）能量密度曲线，以及（g）在10mA·cm-2下的恒流放电-充电循环曲线。

图7.（a）柔性可充电ZABs的结构图。（b）柔性NSCA/FeCo和Pt/C+RuO2 ZABs的开路电压测试曲线，以及（c）极化曲线和相应的功率密度曲线。（d）两个串联的柔性NSCA/FeCo ZABs点亮LED（3.0V）的光学照片。（e）Pt/C+RuO2和NSCA/FeCo在1mA·cm-2时的放电-充电循环曲线。（f）不同弯曲角度下的放电-充电循环曲线（插图：180°、120°、90°和0°弯曲角度下的开路电压及其光学照片）。